donderdag 12 maart 2015

Het chemielaboratorium d.m.v. NUI, een meerwaarde voor de leerling?


Natuurlijke gebruikersinterface (NUI)

Het gebruik van een natuurlijke gebruikersinterface vinden we wereldwijd terug in smartphones, tablets en ook spelconsoles. Met ‘gebruikersinterface’ wordt verwezen naar het medium dat interactie tussen computer en mens mogelijk maakt. Zo zorgen bij een klassieke computer de software en hardware dat de computer onze interacties opvangt via een muis en toetsenbord en zijn eigen boodschap terug zendt via het beeldscherm. Deze gebruikersinterface moet aangeleerd worden en kan bij het aanleren onnatuurlijk aanvoelen. Voor de mens is het namelijk initieel niet vanzelfsprekend dat als je iets met je linkervinger dubbel aanklikt, het open gaat. Dit gebeurt namelijk ook niet in de realiteit. Daar probeert de NUI op in te spelen. Hierbij wordt er getracht de natuurlijke beweging van de mens te integreren in het systeem. Bijvoorbeeld, bij het slaan van je arm naar links, zal je ook effectief iets naar links slaan. Een duidelijk voorbeeld hiervan is de Nintendo Wii spelconsole. De bewegingen die je maakt, worden door de gebruikersinterface opgenomen en verwerkt. Daarbij zal de betekenis van je beweging wel nog dezelfde blijven als in de realiteit. Ook het gebruik van touchscreen is een vorm van NUI. Je vinger over het object naar links schuiven zorgt dat je, net als bij een boek, een pagina verschuift.

Een chemielaboratorium met NUI

Jagodzinski & Wolski (2015) trachtte deze technologie toe te passen op een chemisch laboratorium. Daarin maakt de leerling exact dezelfde beweging als hij zou doen in een echt laboratorium.  Daarbij kan glaswerk worden vastgenomen, verschillende stoffen bij elkaar worden gemengd en bepaalde reactiemechanismen worden gestimuleerd. Al de stoffen hebben hun natuurlijke kleur en werking. Bij het overgieten van stoffen wordt er rekening gehouden met de viscositeit van vloeibare stoffen en de natuurlijke bewegingen van vaste stoffen. Het programma signaleert de leerling ook wanneer onveilige of risicovolle acties worden ondernomen.  Op het moment van publicatie konden in het virtueel laboratorium 40 verschillende experimenten uitgevoerd worden die overeen kwamen met het chemie curriculum van de hoge scholen in Polen.
Jagodzinski & Wolski (2015) hebben hun virtueel laboratium uitgetest op 8 verschillende klassen uit de hoge school en kwamen tot de conclusie dat het gebruik van NUI in het chemielokaal mogelijkheden creeërt om het chemie onderwijs te verbeteren. Het virtueel laboratorium leidt tot een grotere betrokenheid en zelfstandigheid in het werk van de studenten. Als gevolg hadden de studenten krijgen studenten hogere punten en hebben ze meer interesse in chemie.

 Reflectie: voordelen

Het gebruik van NUI voor een chemielokaal brengt enkele voordelen met zich mee.
1.       In een klassiek chemielokaal gebruik je stoffen die al eens gevaarlijk kunnen zijn. Er is geen tot zeer weinig mogelijkheid tot zelfstandig experimenteren. Hier leunt het virtueel chemielaboratorium wel tot aan. Het systeem waarschuwt wanneer een student een gevaarlijke actie uitvoert en kan zelfs bij verdere uitwerking aangeven waar het gevaar juist ligt. Het neemt hier de rol van leraar over. Als er in een klassiek chemielokaal zelfstandig wordt geëxperimenteerd, zal de leraar zeer aandachtig moeten zijn, wat niet mogelijk is met klassen over de 20 leerlingen die elk een eigen zelfstandig experiment uitvoeren.
2.       Het actief, praktisch en experimenteel werken is in het vak chemie een van de meest efficiënte methoden om leerlingen de vaardigheden en kennis aan te leren die zij in het wetenschappelijk onderzoek nodig hebben. Daarom tracht men zo veel mogelijk gebruik te maken van deze (onderzoekende) praktijk. Een van de grootste drempels die dit tegenhoudt, zijn de financiële kosten. Het intensief gebruik van chemische stoffen kan zeer duur zijn en zorgt voor veel chemisch afval dat speciaal verwerkt moet worden. Dit is een obstakel die met het NUI-systeem wordt overwonnen. Gezien alle stoffen en het glaswerk virtueel zijn, moeten er geen stoffen worden aangekocht of afgevoerd worden. Onmiddellijk duikt nu wel vraag op: Wat zijn de kosten voor de aankoop en de implementatie van het virtueel chemielokaal?
3.       Het gebruik van NUI is iets nieuw en vooral gebruikt bij jongeren (smartphone, tablets,...). Het staat zeer dicht bij hun leefwereld en dat helpt alleen maar om van het chemielokaal een aangenamere ruimte van te maken. Leerlingen gaan automatisch willen werken met het systeem daar zij het systeem wel kennen, maar het nog nooit in deze context hebben gezien.
4.       Het NUI-systeem kan gebruikt worden als voorbereiding op het echte experiment. Daarbij wordt al rekening gehouden met de verschillende stappen en de veiligheid. Op die manier kan het echte experiment veel vlotter verlopen en moet er minder concentratie gaan naar het correct uitvoeren en meer naar het inzicht verwerven van de reactie.
5.       Als laatste is er nog het voordeel dat NUI heeft ten opzichte van andere ICT-toepassingen. NUI zorgt dat de de natuurlijke bewegingen die je maakt effectief dezelfde gevolgen zou hebben in je NUI-systeem als in de realiteit. Dit is niet het geval bij een klassieke computer met muis, toetsenbord en scherm. Daar lijkt de grens tussen ICT en een chemielokaal veel verder te liggen waardoor de leerefficiëntie zal dalen.

Reflectie: nadelen

Er zijn enkele opmerkingen die in het nadeel werken van dit systeem.
1.       Voor proefjes die makkelijk te doen lijken of waarbij geen gevaarlijke stoffen worden gebruikt, lijkt het NUI-systeem misschien overbodig (bvb. neerslagproegjes, polariteitsproefjes,...). Een echt experiment ligt steeds dichter bij de realiteit dan een gebruikersinterface. Ik stel me zelf dan de vraag in welke mate dit NUI-systeem in deze situatie een meerwaarde kan zijn ten opzichte van een echt experiment.
2.       Zoals eerder vermeldt kan de aankoop en implementatie van nieuwe technologiëen zeer duur zijn. Scholen zijn vaak beperkt in budget als het aankomt op het gebruik van ICT en nieuwe technologie. Daaraansluitend staat nieuw uitgebrachte technologie vaak nog niet op punt. Er  wordt constant nog aan gesleuteld en ook hier, in dit NUI-systeem, vinden we beperkingen. Er kunnen namelijk maar 40 experimenten worden uitgevoerd terwijl het aantal werkelijke chemische experimenten dat in een labo kan worden uitgevoerd toch wel beduidend hoger ligt.

Besluit

Naar mijn mening heeft het gebruik van NUI enkele sterke voordelen maar blijft het grootste obstakel, net als bij vele andere technologieën, de kosten van de aankoop en de implementatie. Meestal wordt dit obstakel wel door de tijd overwonnen. In een technologie met toekomst wordt geïnvesteerd om het efficiënter, goedkoper en toepasbaarder te maken.  

Een ander groot nadeel dat bij vele andere technologieën voorkomt, is de tijd en moeite die je er in moet steken om het te leren kennen, zowel bij leerling als leraar. Dit lijkt mij in het geval van het NUI-systeem minder of niet van toepassing. De reden waarom dit systeem net bestaat is om de brug tussen de natuurlijke en het artificiële interactie van mens en computer te verkleinen.

Jagodziński, P., & Wolski, R. (2014). Assessment of Application Technology of Natural User Interfaces in the Creation of a Virtual Chemical Laboratory.Journal of Science Education and Technology24(1), 16-28. DOI 10.1007/s10956-014-9517-5

1 opmerking:

  1. De mening dat NUI een handig hulpmiddel is voor het labo Chemie deel ik, omdat de leerlingen labo's thuis kunnen voorbereiden, het kan dienst doen als huiswerk en als herhaling van de leerstof (aanschouwelijker maken).
    Toch zijn er enkele nadelen (eveneens opgesomd door Merlijn),bv. de potentiële gevaren gedurende experimenten zijn niet aanwezig in een NUI en met oog op een verdere studie moet het gevoel met chemische werken ervaren. Zo kunnen er misschien problemen in de NUI software geprogrammeerd worden, zoals morsen van zuren op handen, verkeerd gebruik busenbrander,....; hierdoor de NUI minder op een spel zijn en meer een reële situatie nabootsen.

    BeantwoordenVerwijderen